CN217374806U - 一种基于电磁传动的无链条人力自行车 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及自行车制造技术领域，具体为一种基于电磁传动的无链条人力自行车，包括支撑架，所述支撑架的底端固定设置有前轮，所述支撑架的底端设置有脚蹬。本实用新型通过设置有三相功率电阻、三相表贴式永磁发电机、三相永磁电动机和脚蹬，发电机与电动机之间并联三相整流电路，为自行车信号小电池充电，以满足照明、手机充电、GPS、电子显示屏等信号级用电的需求，防止制动时电流过大，该自行车无需动力电池和复杂的电机控制装置，结构简单、制造成本低、免维护，电路中的电流频率与骑车人脚踏转速成正比，符合传统自行车的骑行习惯，由于脚踏轮和动力轮之间实现了机械解耦，故车型有更大的设计优化余地。

Description

一种基于电磁传动的无链条人力自行车

技术领域

本实用新型涉及自行车制造技术领域，具体为一种基于电磁传动的无链条人力自行车。

背景技术

自行车，又称脚踏车或单车，通常是二轮的小型陆上车辆。人骑上车后，以脚踩踏板为动力，是绿色环保的交通工具。

中国发明专利CN104354827A “一种简易人力无链条自行车”提出了一种基于直流发电机和直流电动机的无链条方案，通过在脚踏轮安装直流发电机、后轮安装直流电动机，实现动力传递。由于直流电机电刷的摩擦、电弧放电火花等问题导致其维护成本高，较之传统的链条传动自行车并无明显的优势,且该专利说明书中没有说明电机与脚踏中轴的具体连接方案、滑行时如何避免脚踏转动、滑行和制动时电机的工作状态等问题，难以具体生产,无链条自行车主要有直驱和轴传动两种技术方案。直驱式自行车是指骑车人通过脚踏轮将动力直接施加在前轮或后轮上，省去了链条等传动装置，由于自行车前后轮和骑车人所在的位置关系，直驱方案不易实现，多用于特殊的自行车结构，如独轮车等。轴传动是目前较为流行的无链条方案，由于此类自行车是依靠锥形齿轮与传动轴的相互接触耦合传递动力，不可避免的存在机械摩擦，且传动轴加工要求精度高，脚踏轮和自行车后轮因为传动轴的连接没有实现机械解耦，为车型的个性化拓展设计带来一定的限制。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于电磁传动的无链条人力自行车，以解决上述背景技术中提出的目前较为流行的无链条方案，由于此类自行车是依靠锥形齿轮与传动轴的相互接触耦合传递动力，不可避免的存在机械摩擦，且传动轴加工要求精度高，脚踏轮和自行车后轮因为传动轴的连接没有实现机械解耦，为车型的个性化拓展设计带来一定的限制的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种基于电磁传动的无链条人力自行车，包括：

支撑架，所述支撑架的底端固定设置有前轮，所述支撑架的底端设置有脚蹬，所述支撑架的底端固定设置有后轮，所述支撑架的两侧设置有飞轮，所述支撑架的顶端固定安装有二号支撑杆，所述二号支撑杆的顶端滑动安装有一号支撑杆，所述一号支撑杆的顶端螺纹安装有座位托，所述二号支撑杆的一侧固定安装有卡合机构；

三相表贴式永磁发电机，所述脚蹬处安装的三相表贴式永磁发电机与后轮安装三相永磁电动机通过电缆线联结，所述三相永磁电动机与三相表贴式永磁发电机之间并联由三相整流电路和小容量电池组成的信号级充电系统，所述后轮的三相永磁电动机端口通过继电器开关并联有三相功率电阻，自行车无需动力电池和复杂的电机控制装置，结构简单、制造成本低、免维护。

优选的，所述脚蹬部件通过曲柄驱动中轴转动，中轴通过飞轮与三相表贴式永磁发电机永磁转子轴相联结，当中轴顺时针旋转，即骑车人通过脚踏对自行车施加动力时，中轴通过飞轮驱动发电机转子顺时针转动，产生电能，进而驱动安装在后轮的电动机运行产生前进的动力转矩。

优选的，所述三相永磁电动机和三相表贴式永磁发电机之间并联三相不控整流电路与小容量电池，信号电池的存在大大拓展了该自行车的使用范围。

优选的，所述支撑架的顶端固定安装有手柄，所述手柄外侧套接防滑套，所述防滑套为橡胶材质，增加使用者的使用体验，具有防滑效果。

优选的，所述支撑架的顶端设置有刹车柄，且刹车柄的数量为两个，使得刹车片的磨损程度下降，延长了刹车片的寿命。

优选的，所述支撑架的一侧固定安装有保护机构，所述保护机构包括滑轨，所述滑轨的一侧滑动安装有滑块，两个所述滑块的一侧皆固定安装有卡环，所述卡环的内部卡入有锁芯，从而保护车子安全，避免丢失。

优选的，所述卡合机构包括空箱，所述二号支撑杆的一侧固定安装有空箱，所述空箱的内部固定安装有螺纹弹簧，所述螺纹弹簧的一侧固定安装有固定板，所述固定板的一侧固定安装有拉块，所述固定板的一侧固定安装有二号限位杆，所述固定板的一侧固定安装有一号限位杆，所述一号支撑杆的表面均匀的开设有卡槽，便于将一号支撑杆上下滑动，调节座位高度。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、通过设置有三相功率电阻、三相表贴式永磁发电机、三相永磁电动机和脚蹬，发电机与电动机之间并联三相整流电路，为自行车信号小电池充电，以满足照明、手机充电、GPS、电子显示屏等信号级用电的需求，车后轮的电动机端口通过继电器开关并联三相功率电阻，防止制动时电流过大，该自行车无需动力电池和复杂的电机控制装置，结构简单、制造成本低、免维护，电路中的电流频率与骑车人脚踏转速成正比，符合传统自行车的骑行习惯，由于脚踏轮和动力轮之间实现了机械解耦，故车型有更大的设计优化余地。

2、通过设置有卡合机构，便于将一号支撑杆上下滑动，调节座位高度，比螺栓固定更好调节，更加的省力，螺栓旋转紧后需要使用较大力气调整。

附图说明

图1为本实用新型的结构正视示意图；

图2为本实用新型的座位侧视示意图；

图3为本实用新型的保护机构背视结构示意图；

图4为本实用新型的图2中A处的局部结构放大示意图。

图中：110、支撑架；111、刹车柄；112、前轮；113、三相功率电阻；114、脚蹬；115、飞轮；116、三相表贴式永磁发电机；117、后轮；118、三相永磁电动机；120、座位托；130、一号支撑杆；140、二号支撑杆；200、卡合机构；210、螺纹弹簧；211、卡槽；212、空箱；213、一号限位杆；214、固定板；215、拉块；216、二号限位杆；300、保护机构；310、卡环；311、锁芯；312、滑轨；313、滑块。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-4，本实用新型提供的一种实施例：

一种基于电磁传动的无链条人力自行车，包括：

支撑架110，支撑架110的底端固定设置有前轮112，支撑架110的底端设置有脚蹬114，支撑架110的底端固定设置有后轮117，支撑架110的两侧设置有飞轮115，支撑架110的顶端固定安装有二号支撑杆140，二号支撑杆140的顶端滑动安装有一号支撑杆130，一号支撑杆130的顶端螺纹安装有座位托120，二号支撑杆140的一侧固定安装有卡合机构200，支撑架110的顶端固定安装有手柄，手柄外侧套接防滑套，防滑套为橡胶材质，增加使用者的使用体验，具有防滑效果；

三相表贴式永磁发电机116，脚蹬114处安装的三相表贴式永磁发电机116与后轮117安装三相永磁电动机118通过电缆线联结，三相永磁电动机118与三相表贴式永磁发电机116之间并联由三相整流电路和小容量电池组成的信号级充电系统，后轮117的三相永磁电动机118端口通过继电器开关并联有三相功率电阻113，制动刹车时，通过自行车刹车柄111传递制动刹车指令，骑车人轻捏刹车柄111时，电子制动系统启动，三相继电器动作使三相功率电阻113并联到电路中，三相永磁电动机118以三相表贴式永磁发电机116稳态短路状态运行，形成制动转矩，三相功率电阻113的存在，使得制动瞬间电流不致过大，动态过程震荡幅度小且过程短暂，不会使整车有明显的“震动”，当进一步捏紧刹车柄111时，机械制动系统启动，该部分与传统自行车相似，由刹车片与轮胎接触摩擦形成制动转矩，电子制动与机械制动一起动作，快速达到制动刹车作用。

脚蹬114部件通过曲柄驱动中轴转动，中轴通过飞轮115与三相表贴式永磁发电机116永磁转子轴相联结，具体方法是，中轴与飞轮115内轮紧密嵌套，三相表贴式永磁发电机116永磁转子与飞轮115外轮紧密嵌套，当中轴顺时针旋转，即骑车人通过脚踏对自行车施加动力时，中轴通过飞轮115驱动发电机转子顺时针转动，产生电能，进而驱动安装在后轮117的电动机运行产生前进的动力转矩，当自行车滑行时，发电机转子虽然旋转，但中轴却不转，即脚踏并不转，这与传统自行车滑行时的状态类似，更符合骑车人的习惯。

三相永磁电动机118和三相表贴式永磁发电机116之间并联三相不控整流电路与小容量电池，发电机与电动机之间并联三相不控整流电路，分离出小部分电能为自行车信息电池充电。骑车人蹬车前进和滑行过程中，当信号电池电未充满电，即直流侧母线电压不够高的情况下，电池处于充电状态；当电池充满电后，直流母线电压达到一定的数值，整流过程停止；由于信号电池不提供动力，容量小，体积小，重量轻，对骑车人而言不构成负担，信号电池的存在大大拓展了该自行车的使用范围，比如GPS定位、感应扫码、手机APP软件应用、手机充电等，具备传统自行车不可比拟的优势。

支撑架110的顶端设置有刹车柄111，且刹车柄111的数量为两个，刹车柄111的内部设置有制动系统，制动系统由电子制动和机械制动两部分组成，制动刹车时，通过自行车刹车柄111传递制动刹车指令，骑车人轻捏刹车把时，电子制动系统启动，三相继电器动作使车后轮117电动机连接三相功率电阻113，后轮117电机以发电机稳态短路状态运行，形成制动转矩，功率电阻的存在，使得制动瞬间电流不致过大，动态过程震荡幅度小且过程短暂，不会使整车有明显的“震动”。当进一步捏紧刹车柄111时，机械制动系统启动，该部分与传统自行车相似，由刹车片与轮胎接触摩擦形成制动转矩，电子制动与机械制动一起作用，使可靠性进一步上升，同时，由于电子制动系统器分担了机械制动的部分功能，使得刹车片的磨损程度下降，延长了刹车片的寿命。

支撑架110的一侧固定安装有保护机构300，保护机构300包括滑轨312，滑轨312的一侧滑动安装有滑块313，两个滑块313的一侧皆固定安装有卡环310，卡环310的内部卡入有锁芯311，将滑块313相互靠近，将停车位旁边的栏杆通过锁芯311进行卡合，从而保护车子安全，避免丢失。

卡合机构200包括空箱212，二号支撑杆140的一侧固定安装有空箱212，空箱212的内部固定安装有螺纹弹簧210，螺纹弹簧210的一侧固定安装有固定板214，固定板214的一侧固定安装有拉块215，固定板214的一侧固定安装有二号限位杆216，固定板214的一侧固定安装有一号限位杆213，一号支撑杆130的表面均匀的开设有卡槽211，拉动固定板214，使得螺纹弹簧210被拉伸，二号限位杆216和一号限位杆213同时离开一号支撑杆130和二号支撑杆140，便于将一号支撑杆130上下滑动，调节座位高度，比螺栓固定更好调节，更加的省力，螺栓旋转紧后需要使用较大力气调整。

车轮的尺寸对于电机设计有重要影响，行车速度v(km/h)、脚踏轮转速n(r/min)，车轮直径D(m)、功率P(W)、发电机转矩Tg电动机转矩Tm(N.m)、发电机与电动机极对数比r的关系由式(1)-(3)所示

（1）

(2)

(3)

以功率恒定、平均速度匀速行驶的普通链条式人力自行车为参照，v、P、n皆为常数，根据式(1)可得，车轮直径D与极对数比r成反比，由式(2)可知，电动机转矩Tm与车轮直径成正比，即车轮越小，电动机转矩Tm越小，由于电机体积主要取决于转矩，故车轮直径缩小有助于缩小电动机体积。但发电机体积与车轮直径无关。式(1)、(2)、(3)可作为车轮及电动机设计尺寸、极对数搭配的理论依据。

工作原理：制动刹车时，通过自行车刹车柄111传递制动刹车指令，骑车人轻捏刹车柄111时，电子制动系统启动，三相继电器动作使三相功率电阻113并联到电路中，三相永磁电动机118以三相表贴式永磁发电机116稳态短路状态运行，形成制动转矩，三相功率电阻113的存在，使得制动瞬间电流不致过大，动态过程震荡幅度小且过程短暂，不会使整车有明显的“震动”，当进一步捏紧刹车柄111时，机械制动系统启动，该部分与传统自行车相似，由刹车片与轮胎接触摩擦形成制动转矩，电子制动与机械制动一起动作，快速达到制动刹车作用。

工作人员将滑块313相互靠近，将停车位旁边的栏杆通过锁芯311进行卡合，从而保护车子安全，工作人员拉动固定板214，使得螺纹弹簧210被拉伸，二号限位杆216和一号限位杆213同时离开一号支撑杆130和二号支撑杆140，便于将一号支撑杆130上下滑动，调节座位高度，比螺栓固定更好调节。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (7)

1.一种基于电磁传动的无链条人力自行车，其特征在于，包括：支撑架（110），所述支撑架（110）的底端固定设置有前轮（112），所述支撑架（110）的底端设置有脚蹬（114），所述支撑架（110）的底端固定设置有后轮（117），所述支撑架（110）的两侧设置有飞轮（115），所述支撑架（110）的顶端固定安装有二号支撑杆（140），所述二号支撑杆（140）的顶端滑动安装有一号支撑杆（130），所述一号支撑杆（130）的顶端螺纹安装有座位托（120），所述二号支撑杆（140）的一侧固定安装有卡合机构（200）；三相表贴式永磁发电机（116），所述脚蹬（114）处安装的三相表贴式永磁发电机（116）与后轮（117）安装三相永磁电动机（118）通过电缆线联结，所述三相永磁电动机（118）与三相表贴式永磁发电机（116）之间并联由三相整流电路和小容量电池组成的信号级充电系统，所述后轮（117）的三相永磁电动机（118）端口通过继电器开关并联有三相功率电阻（113）。

2.根据权利要求1所述的一种基于电磁传动的无链条人力自行车，其特征在于：所述脚蹬（114）部件通过曲柄驱动中轴转动，中轴通过飞轮（115）与三相表贴式永磁发电机（116）永磁转子轴相联结。

3.根据权利要求1所述的一种基于电磁传动的无链条人力自行车，其特征在于：所述三相永磁电动机（118）和三相表贴式永磁发电机（116）之间并联三相不控整流电路与小容量电池。

4.根据权利要求1所述的一种基于电磁传动的无链条人力自行车，其特征在于：所述支撑架（110）的顶端固定安装有手柄，所述手柄外侧套接防滑套，所述防滑套为橡胶材质。

5.根据权利要求1所述的一种基于电磁传动的无链条人力自行车，其特征在于：所述支撑架（110）的顶端设置有刹车柄（111），且刹车柄（111）的数量为两个，所述刹车柄（111）的内部设置有制动系统，所述制动系统由电子制动和机械制动两部分组成。

6.根据权利要求1所述的一种基于电磁传动的无链条人力自行车，其特征在于：所述支撑架（110）的一侧固定安装有保护机构（300），所述保护机构（300）包括滑轨（312），所述滑轨（312）的一侧滑动安装有滑块（313），两个所述滑块（313）的一侧皆固定安装有卡环（310），所述卡环（310）的内部卡入有锁芯（311）。

7.根据权利要求1所述的一种基于电磁传动的无链条人力自行车，其特征在于：所述卡合机构（200）包括空箱（212），所述二号支撑杆（140）的一侧固定安装有空箱（212），所述空箱（212）的内部固定安装有螺纹弹簧（210），所述螺纹弹簧（210）的一侧固定安装有固定板（214），所述固定板（214）的一侧固定安装有拉块（215），所述固定板（214）的一侧固定安装有二号限位杆（216），所述固定板（214）的一侧固定安装有一号限位杆（213），所述一号支撑杆（130）的表面均匀的开设有卡槽（211）。

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